一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用，属于润滑添加剂技术领域。该制备方法为：在蜡烛火焰中焰处收集烛灰，将烛灰进行热处理得到洋葱碳；将洋葱碳分散至单宁酸溶液中，加入三元胺，搅拌发生迈克尔加成反应和席夫碱反应后，得到单宁酸改性的洋葱碳；将单宁酸改性的洋葱碳分散于Tris溶液中，加入含减摩抗磨性能小分子的有机溶液，搅拌发生迈克尔加成反应后，得到功能化洋葱碳材料纳米添加剂。本发明专利技术制备得到了功能化洋葱碳纳米材料在润滑油中具有良好的分散稳定性，而且提高了机械部件的减摩抗磨性能，制备所用原料来源广泛，合成方法简单，适用范围广。适用范围广。适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及润滑添加剂
，更具体的涉及一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]摩擦磨损普遍存在于自然界中，并且造成了大量能源和资源的损耗。研究报道，世界的能源大约有30％最终消耗在各种形式的摩擦上。据统计，为了减小设备运作过程产生的摩擦阻力，每年近1/3的燃油被用来减少机械的摩擦磨损。特别是由于许多工况条件已经超越了润滑油的使用极限，迫切需求与之相适应润滑剂和自润滑材料，从而使润滑油添加剂的研究成为目前重要研究热点。近年来，随着纳米科技的飞速发展，纳米粒子作为润滑油添加剂已开始显示出其独特优越性能。并且随着人类社会的发展对能源、环境提出更高的要求，为了生态环境的可持续发展，绿色、高效、多功能的润滑油添加剂的发展尤为迫在眉睫。碳基纳米材料绿色无毒、化学稳定等特点使其成为环保型润滑材料的典型代表。
[0003]纳米
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洋葱状的碳材料—纳米洋葱(Carbon Nano
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onions，简称CNOs)，又称为洋葱碳，其尺寸大约在2
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100nm，是继C60、碳纳米管、石墨烯之后，富勒烯家族的又一成员。由于CNOs具有独特的化学和物理性质，包括大的比表面积等优势，被广泛应用于润滑添加剂、光学限幅材料、航空航天、燃料电池、电磁屏蔽和催化等各个领域。由于结合了石墨层状结构和C
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的球形结构，可起到协同的减摩抗磨，由于其层间较弱的范德华力，使得“纳米
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洋葱”易于分解，在摩擦副间形成一层石墨涂层类似微轴承代替破裂的油膜起润滑作用。所以洋葱状的纳米结构具有较好的自润滑性能。
[0004]洋葱碳作为纳米润滑添加剂时由于其准球形结构起微轴承作用、碳原子排列完美表面没有悬挂键以及稳定封闭结构使其具有高的机械强度等优势，应用前景十分广泛。然而，洋葱碳应用作为纳米润滑添加剂还存在着功能性单一、在基础油中分散稳定性差等不足，因此为了提高洋葱碳的润滑性能需要对其进行改性处理。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提供了一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法和应用，本专利技术制备得到了功能化洋葱碳纳米材料在润滑油中具有良好的分散稳定性，而且提高了机械部件的减摩抗磨性能，制备所用原料来源广泛，合成方法简单，适用范围广。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂的制备方法，按照以下步骤制备：
[0007]步骤1、在蜡烛火焰中焰处收集烛灰，将烛灰进行热处理得到洋葱碳；
[0008]步骤2、将洋葱碳分散至单宁酸或其衍生物溶液中，加入三元胺，搅拌发生迈克尔加成反应和席夫碱反应后，得到单宁酸改性的洋葱碳；
[0009]步骤3、将单宁酸改性的洋葱碳分散于Tris溶液中，加入含减摩抗磨性能小分子的有机溶液，搅拌发生迈克尔加成反应后，得到功能化洋葱碳材料纳米添加剂。
[0010]优选的，步骤1中，热处理温度为300
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1100℃，热处理时间为6
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24h。
[0011]优选的，步骤2中，洋葱碳、单宁酸的质量比为8:1～2；单宁酸单体和三元胺的氨基的官能团摩尔比为1：4～32；反应温度为5
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50℃，反应时间为12
‑
48h；
[0012]所述单宁酸溶液中，单宁酸的浓度为0.1
‑
10mg/ml。
[0013]优选的，步骤2中，所述单宁酸溶液中，溶剂为水、Tris缓冲液、乙醇中的一种或几种。
[0014]优选的，步骤2中，所述三元胺为三(2
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氨基乙基)胺、三(3
‑
氨基丙基)胺、三聚氰胺一种。
[0015]优选的，步骤3中，减摩抗磨性能的小分子为二烷基二硫代磷酸酯、离子液体、二烷基二硫代氨基甲酸钼中的一种。
[0016]优选的，步骤3中，单宁酸改性的洋葱碳、Tris溶液、减摩抗磨性能小分子的比例为80mg：40～80mg：10～40ml；反应温度为5
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80℃，反应时间为18
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72h；
[0017]减摩抗磨性能小分子与有机溶液的比例为20mg：1～4ml。
[0018]优选的，步骤3中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的一种或几种。
[0019]本专利技术的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的功能化洋葱碳材料纳米添加剂。
[0020]本专利技术的第三个目的是提供上述功能化洋葱碳材料纳米添加剂在润滑油中的应用，将功能化洋葱碳材料纳米添加剂均匀分散到基础油中，基础油与功能化洋葱碳材料纳米添加剂的质量比为100：0.5
‑
2。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022](1)、本专利技术提出一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂及其制备方法及在减摩抗磨润滑油中的应用。纳米洋葱碳材料优势在于：首先，洋葱碳物理化学性质稳定，同时具有较高的机械强度；其次独特的球型洋葱状结构，使其在摩擦过程中不仅能充当分子滚珠的作用还能发生层间滑移，从而达到优良的减摩抗磨作用；
[0023](2)、本专利技术制备功能化洋葱碳纳米材料具有优良的减摩抗磨性能，拓展了洋葱碳纳米材料的应用范围；同时，通过功能化的手段，改善了洋葱碳纳米材料在润滑油中分散稳定性差且功能性单一的不足，极大地克服了其作为润滑油添加剂应用的局限性；
[0024](3)、洋葱碳纳米材料通过对烛灰进行热处理制备得到，之后通过迈克尔加成与席夫碱反应，采用一步非共价法接枝聚合物对纳米洋葱碳材料进行修饰，得到单宁酸改性的纳米洋葱碳材料，这一方法不同于传统的单宁酸与金属离子的螯合作用，通过化学键链接以及三元胺与单宁酸的交联作用可以有效增加聚合物的键接强度和接枝密度。结果表明，经聚合物修饰的CNOs表现出更加优异的分散稳定性，然后将其通过迈克尔加成接枝减摩抗磨的小分子，得到功能化洋葱碳材料纳米添加剂。该制备方法所用原料易得，操作方法简单，适用范围广，使用本专利技术的制备方法所获得的功能化洋葱碳纳米材料具有良好的减摩抗磨效果，结果表明，与基础油500SN相比，1wt％的CNOs
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P(TA
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TAEA)
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DDP可以将平均摩擦系数从0.14降低到0.10，并且其磨斑体积与500SN相比可以降低96％。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的纳米材料的TEM形貌图，其中，图1a为标尺是100nmCNOs的TEM
形貌图，图1b为标尺是10nmCNOs的TEM形貌图，图1c为标尺是100nmCNOs
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P(TA
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TAEA)
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DDP的TEM形貌图，图1d为标尺是10nm下CNOs
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P(TA
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TAEA)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：步骤1、在蜡烛火焰中焰处收集烛灰，将烛灰进行热处理得到洋葱碳；步骤2、将洋葱碳分散至单宁酸或其衍生物溶液中，加入三元胺，搅拌发生迈克尔加成反应和席夫碱反应后，得到单宁酸改性的洋葱碳；步骤3、将单宁酸改性的洋葱碳分散于Tris溶液中，加入含减摩抗磨性能小分子的有机溶液，搅拌发生迈克尔加成反应后，得到功能化洋葱碳材料纳米添加剂。2.根据权利要求1所述的一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，热处理温度为300
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1100℃，热处理时间为6
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24h。3.根据权利要求1所述的一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，洋葱碳、单宁酸的质量比为8:1～2；单宁酸单体和三元胺的氨基的官能团摩尔比为1：4～32；反应温度为5
‑
50℃，反应时间为12
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48h；所述单宁酸溶液中，单宁酸的浓度为0.1
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10mg/ml。4.根据权利要求1所述的一种功能化洋葱碳材料纳米添加剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述单宁酸溶液中，溶剂为水、Tris缓冲液、乙醇中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种功能化洋葱碳材料纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶谦，解会洁，王逸新，刘淑娟，刘维民，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：